应用场景与核心功能需求

基于高次谐波的非线性超声检测技术（高次谐波法）通过分析基波激励在材料中传播时产生的二次、三次回波幅值，实现对金属早期疲劳损伤、塑性变形、蠕变、界面脱粘等微观缺陷的定量评估。常规线性超声对微米级闭合损伤完全失效，而金相、X射线等方法存在有损或无法穿透厚壁构件的局限，行业亟需一套能够精确采集多次谐波回波信号、具备高信噪比和良好同步性的采集系统。在实验室标定场景中，发射换能器输出高压正弦猝发波（基波频率通常为2 KHz~10 MHz），接收换能器捕获包含基波与谐波的微弱回波信号，同时需要同步记录衰减后的激励基准波形以便计算相对非线性系数，且要求系统支持外部触发同步以保证每次采集的相位一致性。

北京某高校科研团队在搭建高次谐波法非线性超声检测平台时，提出以下核心需求：能够同时采集包含基波、二次、三次谐波分量的完整的回波时域信号，通过频域分析提取各次谐波信息；支持外触发方式采集（由激励源提供同步触发信号）和内部脉冲触发采集（由采集卡产生触发逻辑）；系统需具备高采样率与高带宽以完整捕获谐波信号的时域波形，并提供内置信噪比提升手段以应对微弱回波被噪声淹没的问题。北京坤驰科技提供的QT1146高速数字化仪以1 GS/s采样率、DC-420 MHz带宽、14 bit分辨率、多通道同步采集能力以及可选的FPGA实时累加平均算法，精确匹配该项目的信号采集与预处理需求。

系统整体架构

整套非线性超声检测系统的信号链路分为测试对象层、硬件系统层、软件系统层三层。

（1）测试对象层（被测样品与声学收发单元）：发射超声换能器经耦合剂向被测样品（航空铝合金、复合材料、焊接构件等）发射高压正弦猝发波；宽带接收换能器采集透射/反射波中的基波及二、三次谐波回波信号。

（2）硬件系统层：

①高压激励主机模块：内置GPIO时序控制的高压正弦猝发功率放大单元，具备硬件过流保护与联锁开关；激励输出分两路——支路A驱动发射换能器，支路B经50 Ω无源衰减器后连接至QT1146的激励观测通道。

②QT1146高速数字化仪：

• ·CH1采集通道：接收来自宽带换能器的谐波回波信号；
• ·CH4采集通道：接收经衰减后的激励基准波形；
• ·外部触发输入：接收激励源同步脉冲，实现外触发方式采集；
• ·脉冲发生器：可输出内部脉冲触发信号控制激励源启停（内部脉冲触发采集模式）；
• ·PCIe 3.0 x8总线：将双通道原始波形数据/FFT数据实时上传至上位机。

③辅助外设：工控机（含PCIe x8 Gen3插槽）、采集卡自动校准软件、超声探头套件。

（3）软件系统层：一体化上位机软件集成激励参数设置、波形实时显示、非线性频谱分析（FFT）、损伤报警与数据导出等功能，同时提供多语言SDK便于二次开发。

系统整体框图如下：

硬件环境

数据传输

板间数据流：软件【激励控制】→GPIO→激励源生成高压正弦猝发波；

激励源→【激励输出】端口分两路：

• 支路A：发射换能器→声学耦合样品→接收换能器→CH1采集通道；
• 支路B：50Ω无源衰减器→【激励观测】端口→QT1146 CH4采集通道；

QT1146双通道原始波形通过PCIe总线上传软件；

软件完成频谱分析、非线性系数计算、损伤判定、报警输出等功能。

方案优势

产品概述

QT1146主要技术规格与核心特性

QT1146系列是超高速信号采集PCIe数字化仪，采样率1 GS/s，支持一通道、二通道及四通道配置，各通道配备独立ADC核心和放大器，确保通道间高度同步性与一致性。

主要技术规格：

QT1146软件支持

QT1146配套完善的软件工具链，大幅简化项目集成与二次开发难度：

市场优势与总结

本方案以QT1146高速数字化仪为核心采集单元，采集单元1 GS/s采样率、DC-420 MHz带宽、多通道同步、8 GB缓存、PCIe 3.0 x8高速传输及可选的FPGA累加/平均算法，精准满足高次谐波法非线性超声检测中对基波及二、三次谐波回波信号的同步高保真采集、实时信噪比提升及灵活触发同步等核心需求，构成一套从硬件底层到上层软件验证的完整技术闭环。

北京坤驰科技有限公司深耕高速数据采集与FPGA实时信号处理领域多年，已形成PCIe、以太网、VPX等总线模块化产品线，拥有国家高新技术企业认证和ISO9001质量体系认证，研发人员占比超70%。公司具备丰富的行业项目落地经验，可提供标准化高速数字化仪及定制化FPGA算法IP（累加平均、峰值检测、块统计、脉冲发生器等）、硬件改版、配套软件开发、全流程技术支持，能够根据不同监测测试项目的工况与指标完成软硬件适配，助力各类非线性超声检测平台快速集成并投入科研与工业应用。